机电一体化概论 2-3.pptVIP

机电一体化概论 2.3.2 传感器的结构与基本原理 通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，这是目前应用最多的传感器。 光电编码器可以进行角度测量、长度测量、速度测量、位置测量等。 8. 其他信号检测传感器 （1）光电编码器（Photoelectric encoder） 2.3.2 传感器的结构与基本原理 超声波探头又称为超声波传感器、超声波换能器。当工件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大；有缺陷时部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小。根据这个变化可把工件内部缺陷检测出来。 8. 其他信号检测传感器 （2）超声波传感器（Ultrasonic sensors） 2.3.2 传感器的结构与基本原理 最常用的视觉传感器是三维摄像机，它对景物进行扫描，把一幅幅图像信号变成电压信号，再由计算机对这些检测信号进行相应处理，进行图像识别，提取有用信息。 8. 其他信号检测传感器 （3）视觉传感器（Vision sensor） 2.3.2 传感器的结构与基本原理 感知和辨别在气体、液体或固体中传递的声波所使用的传感器，称之为听觉传感器。最常见的声波传感器即话筒。 8. 其他信号检测传感器 （4）听觉传感器（Auditory sensor） 2.3.2 传感器的结构与基本原理 电磁振动式滑觉传感器，测量端用一个直径为0.5cm钢球接触被抓物体表面。若被抓物产生滑动，会引起测量端部产生振动，振动通过连杆传向振动子，振动子振动产生磁通变化，因而在线圈中感应出交流输出信号。它有不受滑动方向限制的特点，对有限区域的滑觉检测是很有效的，但由于是点接触，钢球必须对准被测握力面。 8. 其他信号检测传感器 （5）滑觉传感器（Slip tactile sensor） 2.3.3 数据采集与处理 数据采集与处理的几个阶段：信息采集、信号转换、放大、传输接口等。 2.3.3 数据采集与处理 数据采集：利用传感器从系统外部的被测单元中获取一定的信息如物理量、化学量等，转换为有效电信号并输入到系统内部。 数据处理：采集的数据不一定满足需要，因此要进行转换、放大、运算、传输等工作。 直流电桥常用来进行数据处理，R1、R2、R3、R4是电桥的桥臂电阻，RL是被测电阻，Ui是电源。当RL趋于无穷大时，电桥的输出电压Uo为： 1．数据采集（Data acquisition） 2.3.3 数据采集与处理 电桥平衡时，Uo=0，可以得到电桥平衡的条件，即： 1．数据采集（Data acquisition） 当电桥不平衡时，电桥输出电压为： 当R1= R2 =R3= R4= R0，且 时，电桥的理想输出为 2.3.3 数据采集与处理 运算放大器（Operational amplifier）简称“运放”，是可以对电信号进行运算，具有很高放大倍数的电路单元。 输入和输出电压的关系为： 2．信号放大（Signal amplifier） 2.3.3 数据采集与处理 模-数转换，即A/D转换，由A/D转换器实现。 数-模转换，即D/A转换，由D/A转换器实现。 信号转换的一般步骤为：采样、保持、量化、编码。 3．信号转换（Signal conversion） 2.3.3 数据采集与处理 3．信号转换（Signal conversion） 采样（Sampling）是将时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程，根据采样定理确定采样频率。 量化（Quantization）是将采样电压转化为数字量最小数量单位?的整数倍的过程。 编码（Encoding）是将量化结果用代码表示出来。量化误差是由于模拟量不一定能被?整除所忽略的部分。 模拟电压 二进制 编码 代表的模拟电压电平 模拟信号 采样信号 2.3.3 数据采集与处理 4. 数据传输（Data transmission） 检测单元数据传输的任务是将被测模拟量，如位移、压力、流量、温度等非电量，经过传感器、放大器、A/D转换器后输入给微机，主要应用接口技术实现。 2.3.4 虚拟仪器 虚拟仪器就是在通用计算机平台上，根据用户需求自行定义、设计仪器的测试功能，让使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的测试仪器一样。简言之，“软件就是仪器”。 不论是何种测试仪器，其组成都可以概括为信号采集与控制单元、信号分析与处理单元、结果表达输出单元三部分。 虚拟仪器主要完成三种功能： 2.3.4 虚拟仪器 硬件平台可以是各类计算机，如PC、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。 测控功能硬件主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换等功能。 不同的总线对应不同的I/O接口硬件设备，如PC总线的数据采集卡、GPIB（General Purpose Interface